《2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第一章 運動的描述 勻變速直線運動的研究 實驗一 研究勻變速直線運動學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第一章 運動的描述 勻變速直線運動的研究 實驗一 研究勻變速直線運動學(xué)案（11頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 實驗一　研究勻變速直線運動 一、基本原理與操作 二、數(shù)據(jù)處理與分析 1.分析物體的運動性質(zhì) 測量相鄰計數(shù)點間的距離，計算相鄰計數(shù)點距離之差，看其是否為常數(shù)，從而確定物體的運動性質(zhì)。 2.由紙帶求物體運動速度的方法：根據(jù)勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，即vn＝。 3.利用紙帶求物體加速度的兩種方法 (1)逐差法：根據(jù)x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T為相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔)，求出a1＝，a2＝，a3＝，再算出a1、a2、a3的平均值a＝＝×(＋＋) ＝，即為物體的加速度。 (2)圖象法：如圖1所示，以打某計數(shù)點時

2、為計時起點，利用vn＝求出打各點時的瞬時速度，描點得v－t圖象，圖象的斜率即為物體做勻變速直線運動的加速度。 圖1 認識“兩種儀器” 1.作用：計時儀器，接頻率為50 Hz交變電流，每隔0.02 s打一次點 2. 區(qū)別“兩種點” 1.計時點和計數(shù)點 計時點是打點計時器打在紙帶上的實際點，兩相鄰點間的時間間隔為0.02 s；計數(shù)點是人們根據(jù)需要選擇一定數(shù)目的點，兩個相鄰計數(shù)點間的時間間隔由選擇點的個數(shù)而定。 2.紙帶上相鄰兩點的時間間隔均相同，速度越大，紙帶上的計數(shù)點越稀疏。 注意事項 1.平行：紙帶和細繩要和木板平行。 2.兩先兩后：實驗中應(yīng)先接通電源，后讓

3、小車運動；實驗完畢應(yīng)先斷開電源，后取下紙帶。 3.防止碰撞：在到達長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞。 4.紙帶選?。哼x擇一條點跡清晰的紙帶，舍棄點密集部分，適當(dāng)選取計數(shù)點。 熱點一　教材原型實驗 【例1】　(2016·海南單科，11)某同學(xué)利用圖2(a)所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化。物塊放在桌面上，細繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點計時器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50 Hz。紙帶穿過打點計時器連接在物塊上。啟動打點計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動。打點計時器打出的紙帶如圖(b)所示(圖中相鄰兩點間有4個點

4、未畫出)。 圖2 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，該同學(xué)認為物塊的運動為勻加速運動?；卮鹣铝袉栴}： (1)在打點計時器打出B點時，物塊的速度大小為________m/s。在打出D點時，物塊的速度大小為________m/s；(保留2位有效數(shù)字) (2)物塊的加速度大小為________m/s2。(保留2位有效數(shù)字) 解析　(1)根據(jù)勻變速直線運動中間時刻的速度等于該過程中的平均速度，所以vB＝＝ m/s＝0.56 m/s，vD＝＝ m/s＝ 0.96 m/s。 (2)根據(jù)題意，該同學(xué)認為物塊的運動為勻加速運動，則根據(jù)速度公式vD＝vB＋a·2T，代入數(shù)據(jù)整理可以得到a＝2.0 m/s2。

5、 答案　(1)0.56　0.96　(2)2.0 【變式訓(xùn)練1】　(1)如圖3所示為“探究小車速度隨時間的變化規(guī)律”的實驗裝置圖，按照實驗要求應(yīng)該(　　) 圖3 A.先釋放小車，再接通電源 B.先接通電源，再釋放小車 C.同時釋放小車和接通電源 (2)本實驗必須(　　) A.要平衡摩擦力 B.要求懸掛物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 C.上述兩項要求都不需要 (3)如圖4所示，在“探究小車速度隨時間的變化規(guī)律”實驗中，從得到的紙帶中確定五個計數(shù)點，量得d1＝8.00 cm，d2＝17.99 cm，d3＝30.00 cm，d4＝44.01 cm。每相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔是0.1

6、 s。則打C點時小車的速度vC＝________ m/s，小車的加速度a＝________ m/s2。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) 圖4 解析　(1)實驗中應(yīng)該先接通電源，再釋放小車，選項B正確。 (2)本實驗不是驗證牛頓第二定律的實驗，只需要保持合力恒定即可，選項C正確。 (3)根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律，有vC＝＝1.1 m/s， 加速度a＝＝2.0 m/s2。 答案　(1)B　(2)C　(3)1.1　2.0 熱點二　實驗拓展創(chuàng)新 1.情景拓展 2.改進獲取數(shù)據(jù)的方法 (1)加速度的獲得：靠重物的拉力獲得加速度長木板傾斜靠重力獲得加速度。 (2)速度的測量方法：由打

7、點紙帶求速度測定遮光片的寬度d和遮光片通過光電門的擋光時間Δt，由v＝求速度。 (3)加速度的測量方法：由打點紙帶利用逐差法求加速度利用經(jīng)過兩個光電門的瞬時速度，由速度—位移關(guān)系式求加速度。 【例2】　(2017·全國卷Ⅱ，22)某同學(xué)研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系。使用的器材有：斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。 圖5 實驗步驟如下： ①如圖5(a)，將光電門固定在斜面下端附近：將一擋光片安裝在滑塊上，記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?，令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑； ②當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時，用光電計時器測得光線被擋光片遮住的

8、時間Δt； ③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度[如圖(b)所示]，表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小，求出； ④將另一擋光片換到滑塊上，使滑塊上的擋光片前端與①中的位置相同，令滑塊由靜止開始下滑，重復(fù)步驟②、③； ⑤多次重復(fù)步驟④； ⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出 －Δt圖，如圖6所示。 圖6 完成下列填空： (1)用a表示滑塊下滑的加速度大小，用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小，則與vA、a和Δt的關(guān)系式為 ＝____________。 (2)由圖6可求得vA＝______ cm/s，a＝______ cm/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 解

9、析　(1)設(shè)擋光片末端到達光電門的速度為v， 則由速度—時間關(guān)系可知v＝vA＋aΔt，且＝ 聯(lián)立解得：＝vA＋aΔt。 (2)由圖6可讀出vA＝52.1 cm/s，圖線的斜率 k＝a＝ cm/s2≈8.14 cm/s2， 即a＝16.3 cm/s2。 答案　(1)vA＋aΔt　(2)52.1　16.3 【變式訓(xùn)練2】　某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用如圖7甲所示的滴水法測量一小車在斜面上運動時的加速度。實驗過程如下：在斜面上鋪上白紙，用圖釘固定；把滴水計時器固定在小車的末端，在小車上固定一平衡物；調(diào)節(jié)滴水計時器的滴水速度，使其每0.2 s滴一滴(以滴水計時器內(nèi)盛滿水為準)；在斜面頂端放

10、置一淺盤，把小車放在斜面頂端；把調(diào)好的滴水計時器盛滿水，使水滴能滴入淺盤內(nèi)；隨即在撤去淺盤的同時放開小車，于是水滴在白紙上留下小車運動規(guī)律的點跡；小車到達斜面底端時立即將小車移開。圖乙為實驗得到的一條紙帶，用刻度尺量出相鄰點之間的距離是x01＝1.40 cm，x12＝2.15 cm，x23＝2.91 cm，x34＝3.65 cm，x45＝4.41 cm，x56＝5.15 cm。試問： 圖7 (1)滴水計時器的原理與課本上介紹的______________原理類似。 (2)由紙帶數(shù)據(jù)計算可得計數(shù)點4所代表時刻的瞬時速度v4＝______m/s，小車的加速度a＝________ m/s2

11、。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字) 解析　(1)由題意知滴水計時器的原理與打點計時器原理類似。 (2)可把小車的運動看做是勻變速直線運動，則 v4＝35＝＝ m/s≈0.20 m/s； 求加速度利用逐差法： a＝， 解得a≈0.19 m/s2。 答案　(1)打點計時器　(2)0.20　0.19 1.如圖8所示，甲、乙兩種打點計時器是高中物理實驗中常用的計時儀器。光電計時器像打點計時器一樣，也是一種研究物體運動情況的計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖丙所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)一輛帶有擋光片的小車從a、b間通過時，光電計時器就可以顯示擋光片的擋光時間。某同學(xué)在“探究小車速度

12、隨時間變化規(guī)律”的實驗中，做了一個U形遮光板如圖丁所示，兩個遮光片寬度均為L＝5 mm，將此U形遮光板裝在小車上，讓小車做勻變速直線運動通過靜止的光電計時器，實驗時測得兩次遮光時間分別為Δt1＝0.10 s，Δt2＝0.05 s，從第一個遮光片遮光到第二個遮光片遮光經(jīng)過的時間t＝1 s，則： 圖8 (1)圖乙是________(選填“電磁”或“電火花”)打點計時器，電源采用的是________(選填“交流4～6 V”或“交流220 V”)。 (2)第一個遮光片通過光電門的速度大小為________m/s，第二個遮光片通過光電門的速度大小為________m/s。 (3)小車做加速直

13、線運動的加速度大小為________m/s2。 解析　(1)圖乙是電火花打點計時器，電源采用的是交流220 V。 (2)第一個遮光片通過光電門的平均速度大小為v1＝＝0.05 m/s；第二個遮光片通過光電門的平均速度大小為v2＝＝0.10 m/s。 (3)根據(jù)加速度定義可得滑塊的加速度 a＝＝0.05 m/s2。 答案　(1)電火花　交流220 V　(2)0.05　0.10 (3)0.05 2.(2015·全國卷Ⅱ，22)某同學(xué)用圖9(a)所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)。已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖(b)所示，圖

14、中標出了五個連續(xù)點之間的距離。 圖9 (1)物塊下滑時的加速度a＝________ m/s2，打C點時物塊的速度v＝________ m/s； (2)已知重力加速度大小為g，為求出動摩擦因數(shù)，還必須測量的物理量是________(填正確答案標號)。 A.物塊的質(zhì)量 B.斜面的高度 C.斜面的傾角 解析　(1)打點計時器的打點周期T＝0.02 s，根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可知，加速度a＝＝3.25 m/s2；打C點時物塊的速度v＝＝1.79 m/s。 (2)由牛頓第二定律得加速度a＝gsin θ－μgcos θ，所以μ＝，要求出動摩擦因數(shù)，還必須測量的物理量是斜面的傾角。 答案　(1)

15、3.25　1.79　(2)C 3.(2017·全國卷Ⅰ，22)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖10(a)所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴) 圖10 (1)由圖(b)可知，小車在桌面上是________(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。 (2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為________

16、m/s，加速度大小為________ m/s2。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字) 解析　(1)小車在阻力的作用下做減速運動，由圖(b)知，從右向左相鄰水滴間的距離逐漸減小，所以小車在桌面上是從右向左運動。 (2)已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴，所以相鄰兩水滴間的時間間隔為Δt＝ s＝ s，所以A點位置的速度為vA＝ m/s＝0.19 m/s。根據(jù)逐差法可求加速度a＝，解得a＝0.038 m/s2。 答案　(1)從右向左　(2)0.19　 0.038 4.[2016·天津理綜，9(2)]某同學(xué)利用圖11所示裝置研究小車的勻變速直線運動。 圖11 (1)實驗中，必要的措施是

17、________。 A.細線必須與長木板平行 B.先接通電源再釋放小車 C.小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量 D.平衡小車與長木板間的摩擦力 (2)他實驗時將打點計時器接到頻率為50 Hz的交流電源上，得到一條紙帶，打出的部分計數(shù)點如圖12所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點，圖中未畫出)。x1＝3.59 cm，x2＝4.41 cm，x3＝5.19 cm，x4＝5.97 cm，x5＝6.78 cm，x6＝7.64 cm。則小車的加速度a＝________m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù))，打點計時器在打B點時小車的速度vB＝________m/s。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字) 圖12

18、解析　(1)若細線與長木板不平行，隨著小車逐漸靠近滑輪，細線與水平方向的夾角增大，小車所受合力隨之變化，因此小車的加速度發(fā)生變化，即小車不做勻變速直線運動，故細線必須與長木板平行，A選項必要；先接通電源，待打點計時器穩(wěn)定工作后再釋放小車，點跡按勻變速運動規(guī)律顯現(xiàn)在紙帶上；若先釋放小車再接通電源，紙帶上開始階段沒有打點，紙帶上得到的點跡較少，也較密，不便測量，測量誤差也較大，故B項必要；該實驗研究小車的勻變速直線運動，與小車所受到的合力及合力大小的計算無關(guān)，故C、D項不必要。 (2)交流電的頻率為f＝50 Hz，相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s，由逐差法可求小車的加速度。 a＝ ＝ m/s2＝0.80 m/s2 vB＝＝ m/s＝0.40 m/s 答案　(1)AB　(2)0.80　0.40 11